第二章缺陷.doc

烧 结9-1 试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力，并比较两者之大小。9-2 一个氧化物粉末的表面能是10-4J/cm2，烧结后晶界能是5.510-5 J/cm2。若一个2m的粉末（假如是立方体）被烧结时，有多少能量被释放（假定晶粒不生长）？9-3 石英砂（直径1.0mm）和石英粉（0.01mm）若紧密堆积后，前者有体积密度1.6g/cm3；后者为1.5g/cm3。（a）如何将两者混合使用才有最大堆积密度？（b）最大堆积系数是多少？（c）烧结后体积密度为2.6 g/cm3，试问气孔率为多少？9-4 某陶瓷体烧结前的孔隙为28%（体积百分比），烧结后的密度为5.03g/cm3，其真密度为5.14 g/cm3，问：（a）烧结后孔隙率为多大？（b）如果要求最终尺寸为16.3mm，模子尺寸应为多大？9-5 直径为30m玻璃压块收缩5%所需要的时间，在673时为209.5min，在697时为5.8min，根据表面能为0.3N/m，试计算玻璃的激活能和粘度？9-6在1500MgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1h内从1m直径长大到10m。如已知晶界扩散能为251.21kJ/mol，试预测在1600保持4h后晶粒的大小，并估计杂质对MgO晶粒生长速率有什么影响，为什么？9-7 99% Al2O3瓷的烧结实验测得（1）在1350烧结时间为10min时，收缩率L/L4，烧结时间为45min，收缩率为7.3%。（2）在1300烧结5min收缩率为1%。已知Al2O3高温下表面张力是900N/m，Al3+离子半径0.0535nm，粉料起始粒径为1m。试求（a）99%Al2O3瓷烧结的主要传质方式是哪一种。（b）Al2O3瓷烧结活化能是多少？（c）Al3+的自扩散系数在1350时是多少？9-8 现有三种陶瓷材料，它们的主要使用性能列表如下：材料最 佳 性 能用 途Y2O3透明，光线传递光学激光杆Si3N4高温强度，抗蠕变燃气轮机部件CoR*矫顽力高能量永久磁铁注：CoR*含Co铁氧体在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥，在控制众多的显微结构因素和工艺条件上应如何选择主次？9-9 假定NiCr2O4的表面能为0.6 J/m2，并从氧化物扩散系数与温度关系图中估计Cr2O3和NiO的扩散数据，那么对1m颗粒的压块而言，在1200、1400时致密化的起始速率将分别为多少？（尖晶石晶体中原子扩散距离为0.059nm）9-10 假如直径为5m的气孔封闭在表面张力为0.280N/m的玻璃内，气孔内含的是氮气，压力为8.010-4Pa，玻璃的相对密度为0.85，当气体压力正好和表面张力所产生的负压力平衡时，气孔的尺寸将是多少？此时的相对密度将是多大？9-11 名词解释（1） 熔融温度、烧结温度和泰曼温度（2） 烧结与烧成（3） 体积密度、理论密度和相对密度（4） 液相烧结和固相烧结（5） 晶粒生长和二次再结晶（6） 晶粒的极限尺寸（Dl）和晶粒的平均尺寸9-12 烧结的模型有哪些？各适用于哪些传质过程？9-13 若固气界面能为0.1J/m2，若用直径1m粒子组成的压块体积为1 cm3，试计算由烧结推动力而产生的能量是多少？（4J/cm3）9-14某一磁性铁氧体，其最终尺寸应为15.8mm，烧结时体积收缩为33.1%（以未烧结前尺寸为基数），试问粉末制品的最初尺寸应为多大？（23.58mm）9-15 一陶瓷体的真密度为5.41 g/cm3，一块质量差的烧结样品干时重3.79g，当被水饱和时重3.84g，饱和样品悬浮在水中时重3.08g。问：（a）其真体积为多少？（b）其毛体积（总体积）为多大？（c）表观（开孔）孔隙率为多大？（d）总孔隙率为多大？（ （a）0.70cm3（b）0.76cm3（c）6.6%（体积）（d）7.9%（体积） ）9-16 试说明从相图中可以得到哪些与烧结、固相反应、相变等过程有关的启示。9-17 设有粉末压块，其粉料粒度为5m，若烧结时间为2h时，颈部增长x / r0.1。若烧结至x / r0.2。如果不考虑晶粒生长，试比较蒸发凝聚；体积扩散；粘性流动；溶解沉淀传质各需多少时间？若烧结时间为8h，各个过程的x / r又各是多少？（16，64，8，128；0.16，0.13，0.2，0.126）9-18 如上题粉料粒度改为16m，烧结后x / r0.2，各个传质需多少时间？若烧结8h，各个过程的x / r又是多少？从两题计算结果，讨论粒度与烧结时间对四种传质过程的影响程度？（163.8，2097，26，13422；0.0725，0.066，0.112，0.058）9-19 固相烧结与液相烧结有何异同点？液相烧结有哪些类型，各有何特点？9-20 用TiO2掺杂的烧结Al2O3一些数据如图9-1所示，试问可能的烧结机理是什么？如何证明你的答案是正确的？图9-1 题9-20附图9-21 由平均颗粒尺寸为0.1m和1.0m两种不同粉末制备的UO2分立球粒（相对密度为50%）在迅速加热以后于1400和1600烧结。采用干燥气氛能够获得化学计量的UO2。在上述条件下所报导的扩散系数为：烧结初期致密化的传质途径可能是什么？可能的速率控制机理是什么？估算0.1m和1.0m粉末在1400结烧1h之后预期的收缩值。比较缓慢加热和快速加热对1400退火1h所观察到的收缩值，并说明可能的影响是什么？为什么？已知UO2的65010-3J/m2；a00.5372nm；UO210.5g/cm3。9-22 下列过程中哪一个能使烧结产物强度增大，而不产生致密化过程？试说明之。（1）蒸发凝聚；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）表面扩散；（5）晶界扩散；（6）溶解沉淀。9-23 试比较各种传质过程产生的原因、条件、特点和工艺控制要素？9-24陶瓷粉末的烧结是原子热激活、扩散和再结晶的过程。根据Al2O3SiO2、MgOSiO2、MgOAl2O3相图，判断以上三个系统的最低烧结温度应为多少？（503 427 521）9-25 BaTiO3材料在750到794之间烧结速率增加了10倍，试判断与750相比，烧结速率增加100倍时温度是多少？（BaTiO3属扩散传质烧结机制）计算BaTiO3烧结活化能。（475kJ/mol842）9-26 有二组瓷体配方如下表K2OMgOAl2O3SiO2TsL%S%1420762275681、2两组瓷体烧结温度均为1300，试从相图上查明两组瓷料出现液相温度各是多少？两组瓷料烧结范围有多宽？在烧结温度时液相量和晶相量各为多少？所得晶相组成是什么？你能判断促进致密化的主要传质机制是什么，如何提高这两种瓷料的烧结速率？9-27 常近似假定钢加热至760晶粒并不长大，而在870将明显长大。若原始晶粒直径为0.05mm，求含0.8%碳的钢在上述两个不同温度下保温1h晶粒长大值。计算时可使用公式。D单位为mm，t单位为min。760 n0.1，c610-16；870 n0.3，c210-8。（0.136mm）9-28 有两个相同的青铜试样，分别加热到600和700，第一试样经过30h后，其晶粒尺寸从0.05mm增加1倍变化到0.10mm。第二个加热到700的试样发生同样的变化只用了30min，试问加热到700时发生这样的变化需要多少时间？（4min）9-29 若与题928相同的试样，问在什么温度下能使晶粒尺寸在15h之内从0.05mm长大到0.10mm？（625）9-30 在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2m，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10m，试问若保温时间2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1% MgO，此时若保温2h，晶粒尺寸又如有多大？（20m 15.84m）9-31 晶界遇到夹杂物时会出现几种情况？从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动，怎样控制？9-32 在烧结期间，晶粒长大能促进坯体致密化吗？晶粒长大能够影响烧结速率吗？试说明之。9-33 由实验测得某高纯卤化物在300与500时的晶界运动速率V分别为10-3与510-3cm/s，试求其晶界迁移活化能Q。假定实验过程中晶界迁移的推动力F恒定为1N/cm2。（33.5kJ/mol）9-34 在高温时，某多晶氧化物的平均晶粒尺寸由2m增长到6m，历时2h。已知该氧化物的界面能为10-2N/cm，试估算晶界迁移速率？（提示：，M为晶界迁移率）9-35 为了促进Si3N4材料在1800左右烧结，常在配料中加入3% MgO 和2Y2O3，测得logL/Llog t关系图由三段斜率各异的直线组成，试预计Si3N4是属哪几种传质机制促进坯体致密化，这三种斜率各应是多少，说明理由。9-36 试就（a）驱动力的来源，（b）驱动力的大小，（c）在陶瓷系统中的重要性，来区别初次再结晶、晶粒长大和二次再结晶。9-37 某ZrC粉料在2300于氩气气氛中热压，热压压力为40MPa，此时材料的粘度为7.01010Pas。经过110min热压后，材料的气孔率为4.15%，试问经过多长时间的热压后，材料的相对密度可以达到99%，且其热压动力学符合MArry方程？9-38 为了减小烧结收缩，可把直径1m的细颗粒（约30%）和直径50m的粗颗粒进行充分混合，试问此压块的收缩速率如何？如将1m和50m以及两种粒径混合料制成的烧结体的logL/L和log t曲线分别列入对数坐标的适当位置，将得出什么结果？9-39 某一磁性氧化物材料被认为是遵循正常晶粒长大方程，当颗粒尺寸增大超出1m的平均尺寸时，则磁性强度性质就变坏，未烧结前的原始晶粒大小为0.1m，烧结30min使晶粒尺寸长大为原来的3倍，因大坯件会翘曲，现欲增加烧结时间，你认为烧结最长时间是多少为适宜？（6h）9-40 在氢气中，加MgO的氧化铝能烧结到近